大爆炸後僅 14 億年,發現至今最古老、最巨大螺旋星系

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 21 日 12:50 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


早期宇宙並不像當今宇宙這麼優雅,恆星與星系井然有序的分布著,而是充滿氣體與暗物質,隨著暗物質聚結成團吸收氣體並觸發恆星誕生進而形成星系,這過程約在大爆炸後 40 億年來到巔峰。然而天文學家開始找到越來越多星系出現在不該存在的時間軸裡,比如最近發現至今最古老、最巨大的螺旋星系,出現在大爆炸後僅 14 億年。

螺旋星系在宇宙中占星系總數 70%,但之前研究表明,隨著我們回顧宇宙,會發現螺旋星系的比率迅速下降。一般來說,螺旋星系是在什麼時候形成的呢?日本綜合研究大學院大學天文學家 Takfumi Tsukui、Satoru Iguchi 團隊在分析阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)數據時,找到了存在於 124 億年前名為 BRI 1335-0417 的星系。

BRI 1335-0417 星系含有大量塵埃遮蓋光,因此很難利用可見光詳細研究它,所幸 ALMA 可以檢測星系中碳離子的無線電排放,所以天文學家能從另一個角度調查星系中正在發生的事情。

乍一看,BRI 1335-0417 星系就像手電筒在霧中射出的光束,但一分析後才發現它似乎擁有 2 條螺旋臂和一個模糊的旋轉盤面結構,前者從星系中心向外延伸了 15,000 光年(約銀河系的三分之一),且星系總質量相當於當今銀河系。

根據光譜分析,BRI 1335-0417 星系還以驚人的速度孕育新生恆星,每年約新形成 5,000 顆太陽質量的恆星,因此它也成為所謂的星爆星系。

不過最大的問題還是,BRI 1335-0417 星系出現在大爆炸後僅 14 億年,比上一個最老螺旋星系紀錄保持者還要提前 10 億年,究竟擁有這種獨特螺旋結構的星系如何在當下形成?這對天文學家來說仍然是個謎,可能是物質被其他星系的潮汐相互作用拉長,也可能是質量集中的星系中心將周遭物質拉過去時所形成。

雖著時間推移,天文學家或許還會好奇 BRI 1335-0417 星系將來是否會變形成橢圓星系、還是長時間維持螺旋結構,因為在早期宇宙中,含有大量塵埃且活躍的星系一般被認為是巨大橢圓星系的先祖,仔細研究 BRI 1335-0417 將能對星系形狀演化提供重要觀點。

新論文發表在《科學》(Science)期刊。

(首圖為示意圖,來源:pixabay